4. Эквиваленты окислителей и восстановителей

Все вещества взаимодействуют между собой в соотношениях масс, пропорциональных их эквивалентам. Один эквивалент одного вещества всегда реагирует с одним эквивалентом другого вещества. Окислители и восстановители также реагируют друг с другом в эквивалентных количествах.

Эквивалентом называется некая реальная или условная единица, которая может присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образцом эквивалента одному иону водорода в кислотно-основных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Эквивалентом восстановителя (или окислителя) называется такое его количество, которое, окисляясь (или восстанавливаясь), отдает (или принимает) один моль электронов. Формула эквивалента вещества А имеет вид 1/Z А, где 1/Z называется фактором эквивалентности, а Z числом эквивалентности.

Z показывает, во сколько раз величина массы моля эквивалентна вещества меньше его молярной массы. В соответствии с этим эквивалентная масса окислителя (восстановителя) m_э, равна его молярной массе M, деленной на число электронов n, которое присоединяет (отдает) одна молекула окислителя (восстановителя) в данной реакции.

m_э=M/n [г/моль]

Так как каждую ОВР можно представить как сумму двух полуреакций, одна из которых отражает превращение окислителя в восстановленную форму, а другая – восстановителя в окисленную форму, то, например, в реакции

уравнение полуреакции с окислителем имеет вид

(1)

а с восстановителем - (2)

Так как одно и то же вещество в разных реакциях может отдавать или присоединять разное число электронов, то и его эквивалентная масса может иметь различные значения.

Экспериментально доказано, что перманганат калия (KMnO₄; Мr=158 г/моль) в зависимости от кислотности среды восстанавливается по-разному, и эквиваленты KMnO₄ будут иметь разные значения.

В кислой среде восстановление перманганата протекает по уравнению (полуреакция)

В этой полуреакции Z или n равно 5, а его эквивалентная масса m_э = 158/5=31,6 г/моль.

В слабощелочной и нейтральной средах уравнение полуреакции имеет вид

Ион принимает 3 электрона (n = 3), эквивалент KMnO₄ равняется 1/3 моля, а эквивалентная масса m_э=158/3=52,7 г/моль.

Если же ОВР протекает в сильно щелочной среде (pH=14), то полуреакция выглядит так:

Ион принимает 1 электрон, эквивалентKMnO₄ равен 1 молю, m_э=158,0/1=158,0 г/моль.

Пример 1 Вычислить эквивалент и эквивалентную массу сероводорода, если он окисляется до свободной серы.

Решение. Уравнение полуреакции окисления сероводорода до S имеет вид . Из уравнения полуреакции видно, что один моль сероводорода, окисляясь отдает 2 электрона, тогда эквивалент сероводорода равен 1/2 его моля иm_э H₂S равна 34,08/2 = 17,04 г/моль.

Пример 2 Написать ионно-электронные уравнения полуреакций, если Mn²⁺ (М/Э = 2) титруется (в присутствии цинка) KMnO₄ (М/Э = 3); pH<7.

Решение. 2 – это число электронов отданных Mn²⁺, а 3 – число электронов, принятых KMnO₄.

	3 окисление
	2 восстановление

Пример 3. Рассчитайте молярную массу эквивалента бромата калия и As^3- в окислительно-восстановительной реакции между бромат-ионом и арсенит-иономв кислой среде.

Решение. Запишем соответствующие уравнения полуреакций и суммарную реакцию в ионной форме:

	6	3	3	1
	2	1		3

В первой полуреакции n=6, эквивалент KBrO₃ равен 1/6 моля, m_э=167,0/6=27,833 г/моль.

Во второй полуреакции n=2, эквивалент As^3- будет 1/2 моля, M_As=74,92 а, m_э=74,92/2=34,5 г/моль.